Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.5
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pp.618-625
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2018
With the passing of time, exposed concrete structures are affected by a range of environmental, chemical, and physical factors. These factors seep into the concrete and have a deleterious influence compared to the initial performance. The importance of identifying and preventing further performance degradation due to the occurrence of deterioration has been greatly emphasized. In recent years, evaluations of the target life have attracted increasing interest. During the freezing-melting effect, a part of the concrete undergoes swelling and shrinking repeatedly. At these times, chloride ions present in seawater penetrate into the concrete, and accelerate the deterioration due to the corrosion of reinforced bars in the concrete structures. For that reason, concrete structures located onshore with a freezing-melting effect are more prone to this type of deterioration than inland structures. The aim of this study was to develop a high performance mortar mixed with a mineral admixture for the durability properties of concrete structures near sea water. In addition, experimental studies were carried out on the strength and durability of mortar. The mixing ratio of the silica fume and meta kaolin was 3, 7 and 10 %, respectively. Furthermore, the ultra-fine fly ash was mixed at 5, 10, 15, and 20%. The mortar specimens prepared by mixing the admixtures were subjected to a static strength test on the 1st and 28th days of age and degradation acceleration tests, such as the chloride ion penetration resistance test, sulfuric acid resistance test, and salt resistant test, were carried out at 28 days of age. The chloride diffusion coefficient was calculated from a series of rapid chloride penetration tests, and used to estimate the life time against corrosion due to chloride ion penetration according to the KCI, ACI, and FIB codes. The life time of mortar with 10% meta kaolin was the longest with a service life of approximately 470 years according to the KCI code.
This paper presents a quantitative evaluation of water permeability in concrete with cold joint considering mineral admixture and loading conditions. Concrete samples with OPC (Ordinary Portland Cement) and GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag) are prepared considering 0.6 of W/C ratio and 40% of replacement. 30% and 60% loading levels for compression and 60% loading level for tension are induced to concrete samples. In compression conditions, the permeability in control case shows $2.41{\times}10^{-11}m/s$ in OPC concrete, and it changes to $2.07{\times}10^{-11}m/s$ (30% of peak) and $2.36{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak). The results in GGBFS concrete shows the same trend, which yields $2.17{\times}10^{-11}m/s$ (control), $1.65{\times}10^{-11}m/s$ (30% of peak), and $1.96{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak), respectively. In tensile conditions, the permeability increases from $2.37{\times}10^{-11}m/s$ (control) to $2.67{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak) while that in GGBFS concrete increases from $2.17{\times}10^{-11}m/s$ (control) to $2.24{\times}10^{-11}m/s$ (60% of peak). Permeability coefficients decreases in 30% of compressive level but increases in 60% level, while results in tensile level increases rapidly. This shows pore structure in concrete is condensed and with loading and permeability increases due to micro-cracking. Permeability evaluation considering the effects of loading conditions, cold joint, and GGBFS is verified to be important since water permeability greatly changes due to their effects.
In this study, for improving of concrete properties, those are used ground granulated blast slag(GGBS) and fly ash(FA). There are some advantage to add the GGBS and FA in plain concrete. The objective of this study is to find the characteristics of fresh and hardened antiwashout underwater concrete which is followed by blended ratio of GGBS and FA. Experimental parameters were chosen that W/C was 50%, S/a was 40% and as the blended ratio of GGBS was set at 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60% and FA was set at 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35% in order to prove the properties of antiwashout underwater concrete can be changed by blended ratio of GGBS md FA. It was measured pH, suspension and slump flow of fresh antiwashout underwater concrete and compressive strength of hardened antiwashout underwater concrete in age of 7 days, 28 days and 56 days. The experimental results of fresh concrete show that pH, suspension and slump flow were all satisfied with KSCE (Korea Society of Civil Engineering) standard value and mix design standard value. To synthetically consider, the optimum blended ratio is about 30% of GGBS and FA.
Lee Kwang-Myong;Kwon Ki-Heon;Lee Hoi-Keun;Lee Seung-Hoon;Kim Gyu-Yong
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.5
s.83
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pp.621-626
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2004
The use of blast-furnace slag (BFS) in making not only normal concrete but also high-performance concrete has several advantages with respect to workability, long-term strength and durability. However, slag concrete tends to show more shrinkage than normal concrete, especially autogenous shrinkage. High autogenous shrinkage would result in severe cracking if they are not controlled properly. Therefore, in order to minimize the shrinkage stress and to ensure the service life of concrete structures, the autogenous shrinkage behavior of concrete containing BFS should be understood. In this study, small prisms made of concrete with water-binder (cement+BFS) ratio (W/B) ranging from 0.27 to 0.42 and BFS replacement level of $0\%$, $30\%$, and $50\%$, were prepared to measure the autogenous shrinkage. Based on the test results, thereafter, material constants in autogenous shrinkage prediction model were determined. In particular, an effective autogenous shrinkage defined as the shrinkage that contributes to the stress development was introduced. Moreover, an estimation formula of the 28-day effective autogenous shrinkage was proposed by considering various W/B's. Test results showed that autogenous shrinkage increased with replacement level of BFS at the same W/B. Interestingly, the increase of autogenous shrinkage is dependent on the W/B at the same content of BFS; the lower W/B, the smaller increasing rate. In concluding, it is necessary to use the combination of other mineral admixtures such as shrinkage reducing admixture or to perform sufficient moisture curing on the construction site in order to reduce the autogenous shrinkage of BFS concrete.
Lee Hyomin;Jun Ssang-Sun;Hwang Jin-Yeon;Jin Chi-Sub;Yoon Jihae;Ok Soo Seok
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.17
no.3
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pp.277-288
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2004
Alkali-silica reaction (ASR) is a chemical reaction between alkalies in cement and chemically unstable aggregates and causes expansion and cracking of concrete. In the Present study, we studied the effects of metakaolin, which is a newly introduced mineral admixture showing excellent pozzolainc reaction property, on the inhibition of ASR. We prepared mortar-bars of various replacement ratios of metakaolin and conducted alkali-silica reactivity test (ASTM C 1260), compressive strength test and flow test. We also carefully analyzed the mineralogical changes in hydrate cement paste by XRD qualitative analysis. The admixing of metakaolin caused quick pozzolanic reaction and hydration reaction that resulted in a rapid decrease in portlandite content of hydrated cement paste. The expansion by ASR was reduced effectively as metakaolin replaced cement greater than 15%. This resulted in that the amounts of available portlandite decreased to less than 10% in cement paste. It is considered that the inhibition of ASR expansion by admixing of metakaolin was resulted by the combined processes that the formation of deleterious alkali-calcium-silicate gel was inhibited and the penetration of alkali solution into concrete was retarded due to the formation of denser, more homogeneous cement paste caused by pozzolanic effect. Higher early strength (7 days) than normal concrete was developed when the replacement ratios of metakaolin were greater than 15%. And also, late strength (28 days) was far higher than normal concrete for the all the replacement ratios of metakaolin. The development patterns of mechanical strength for metakaolin admixed concretes reflect the rapid pozzolanic reaction and hydration properties of metakaolin.
Recently, owing to the development of industry and the improvement of building techniques, concrete structures are becoming larger and higher. In hardening of these large connote structures, the heat of hydration gives rise to considerable thermal stress depending on the size and environmental condition of concrete, which might cause thermal cracking. Especially, the crack may cause severe damage to the safety and the durability of concrete structure. This study investigates the thermal properties of concrete according to several binder conditions, such as OPC, Belite rich cement(BRC), slag cement(SC), blast furnace slag(B) added cement fly ash(F) added cement and blast-furnace-slag and fly ash added cement. As a result of this study, the properly of concrete is most better BRC than others, and fly ash(25%) added cement and BFS(35%)-fly ash(15%) added cement gets superior effect in the control of heat hydration. But synthetically considered properties of concrete, workablity, strength heat hydration, etc, it is more effective to use mineral admixture. Especially, to be used Blast Furnace slag is more effective.
Park, Cho-Bum;Kim, Ho-Su;Jeon, Jun-Young;Kim, Eun-Kyum;Ryu, Deug-Hyun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.3
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pp.307-315
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2008
In this study, it is investigated the properties of high strength concrete using mineral admixture, on the purpose of use of meta kaolin for the substitutive materials to silica fume which is so expensive. The plain mixtures are 3 degrees which are ordinary portland cement, blast furnace slag cement and OPC included fly ash 20%, and silica fume and meta kaolin are substituted for the each plain mixtures in the range of 20%. The results of experiment showed as follows. In case of silica fume was only used, the viscosity and slump flow of fresh concrete were much decreased, on the contrary air content increased. But as usage of meta kaolin increased, to being increase the viscosity of fresh concrete, slump flow increased and air content and usage of super-plasticizer were decreased. Accordingly the workabilities of concrete were against tendency between silica fume and meta kaolin. The compressive strength, velocity of ultrasonic pulse and unit weight were increased according to usage of meta kaolin, the properties of hardened concrete were judged that they are affected with air content of fresh concrete, so it is very important to control air content of high strength concrete. Therefore, the use of meta kaolin is prospected to the substitutive material of silica fume, in case of using silica fume and meta kaolin, it is judged that the optimum usage of silica fume and meta kaolin is about 10% respectively, considering workability and strength of concrete.
Kim, Tae-Wan;Jeon, Jae-Woo;Seo, Min-A;Jo, Hyeon-Hyeong;Bae, Su-Yeon
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.3
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pp.66-74
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2016
The aim of this research work is to investigate the mix proportion of multi-component cement incorporating ground granulated blast furnace(GGBFS), fly ash(FA) and silica fume(SF) as an addition to cement in ternary and quaternary combinations. The water-binder ratio was 0.45. In this study, 50% and 60% replacement ratios of mineral admixture to OPC was used, while series of combination of 20~40% GGBFS, 5~35% FA and 0~15% SF binder were used for fundamental characteristics tests. This study concern the GGBFS/FA ratio and SF contents of multi-component cement including the compressive strength, water absorptions, ultrasonic pulse velocity(UPV), drying shrinkage and X-ray diffraction(XRD) analysises. The results show that the addition of SF can reduce the water absorption and increase the compressive strength, UPV and drying shrinkage. These developments in the compressive strength, UPV and water absorption can be attributed to the fact that increase in the SF content tends basically to consume the calcium hydroxide crystals released from the hydration process leading to the formation of further CSH(calcium silicate hydrate). The strength, water absorption and UPV increases with an increase in GGBFS/FA ratios for a each SF contents. The relationship between GGBFS/FA ratios and compressive strength, water absorption, UPV is close to linear. It was found that the GGBFS/FA ratio and SF contents is the key factor governing the fundamental properties of multi-component cement.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.1
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pp.1-9
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2014
In this paper, $CO_2$ amount is evaluated considering repairing timing and unit $CO_2$ amount per repair method including various stage of material manufacturing, moving, and construction. Four mix proportions with mineral admixture are considered and repairing timing/numbers are simulated based on the results from Life 365 which can handle chloride penetration. Furthermore two repair methods (simple cover concrete replacement and replacement with electro-chemical method for removing chloride content) are considered and the related $CO_2$ emissions are evaluated. From the study, the case with high W/B (water to binder ratio) ratio shows smaller $CO_2$ emission in construction stage but it increases more rapidly with increasing number of repair. $CO_2$ emission considering electro-chemical method greatly increases with the increasing unit $CO_2$ for the repairing method. The numbers of jumping step (repairing number) are evaluated to be 9 for WB37-OPC, 18 for WB50-OPC, 4 for WB40-SG, and 7 for WB47-SG respectively. RC structures with the longer maintenance free period are evaluated to be advantageous for saving $CO_2$ emission.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.11
no.4
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pp.345-352
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2011
The purpose of this study was to investigate the expansion of alkali-activated mortar based on ground granulated blast furnace slag containing reactive aggregate due to alkali-silica reaction. In addition, this study was particularly concerned with the behavior of these alkaline materials in the presence of reactive aggregates. The experimental program included expansion measurement of the mortar bar specimens, as well as the determination of the morphology and composition of the alkali-silica reaction products by using scanning electron microscopy(SEM), and energy dispersive x-ray(EDX). The experiment showed that while alkali-activated ground granulated blast furnace slag mortars showed expansion due to the alkali-silica reaction, the expansion was 0.1% at Curing Day 14, showing that it is safe. After the accelerated test, SEM and BEM analysis showed the presence of alkali-silica gel and rim around the aggregate and cement paste. According to the EDX, the reaction products decreased markedly as alkali-activated ground granulated blast furnace slag was used. In addition, for the substitutive materials of mineral admixture, a further study on improving the quality of alkali-activated ground granulated blast furnace slag is needed to assure of the durability properties of concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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